27.Эдс в обмотке машин переменного тока

Электродвижущая сила в обмотке электрической машины индуктируется только при условии изменения потокосцепления магнитного поля с витками катушки, что находит отражение в известном соотношении:

отражающем закон электромагнитной индукции. Потокосцепление может изменяться под действием различных причин.

При вращении витка в магнитном поле или при перемещении магнитного поля относительно неподвижного витка в нем индуктируется ЭДС, которую называют ЭДС вращения. При изменении во времени потока, сцепленного с неподвижным витком, в нем индуктируется так называемая трансформаторная ЭДС. Во всех случаях величина и характер изменения индуктируемой ЭДС определяется величиной и характером изменения потокосцепления и также параметрами витка.

28.Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

1) Частоту вращения ротора можно выразить формулой

 

(11.1)

 

где n₁ = n₀ – синхронная частота вращения магнитного поля статора;  f₁ – частота переменного тока в сети; P – число пар полюсов; S – скольжение.

Из выражения (11.1) следует, что регулировать частоту вращения ротора n, можно:

1)  изменением частоты вращения магнитного потока n₁;

2)  Скольжением.

В свою очередь изменять частоту вращения магнитного поля можно: за счет изменения частоты тока питающего напряжения или за счет изменения числа пар полюсов.

Для регулирования частоты вращения изменением частоты тока в статоре (частотное регулирование) необходим источник питания. Однако источник питания с регулируемой частотой тока увеличивает габариты и удорожает установку.

Регулирование частоты вращения путем переключения числа полюсов ступенчатое. Следует иметь в виду, что ступени частоты вращения при частоте тока f₁ = 50 Гц и p = 1 и 2 соответственно 3000 и 1500 об/мин, а при  p = 5 и 6 – 600 и 500 об/мин. То есть при большем числе полюсов разница между синхронными частотами вращения уменьшается, но увеличиваются габариты машины.

Наиболее простым способом, обеспечивающим плавное регулирование частоты вращения асинхронных двигателей, является изменение скольжения. Принципиальным недостатком этого способа регулирования частоты вращения является низкий кпд, так как потери в роторе пропорциональны скольжению, P_э2 = P_эм S. И какие бы ни предполагались варианты схем изменения скольжения, а их существует десятки [2], энергия будет тем больше преобразоваться в тепло, чем шире диапазон изменения скольжения, следовательно, и частоты вращения.

Наиболее распространенные способы регулирования скольжения – это введение в цепь ротора сопротивления, изменения напряжения, искажение симметрии подводимых напряжений и др.

2) . Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в обмотках статора

В качестве источников питания с регулируемой частотой могут применяться электромагнитные (синхронные генераторы с переменной частотой вращения ротора) или полупроводниковые преобразователи. Чтобы регулировать частоту вращения асинхронного двигателя, достаточно изменять частоту тока f₁. Но с изменением частоты f₁ будет изменяться величина магнитного потока при U₁ = const, как это следует из формулы (11.2)

 

(11.2)

 

а также максимальный момент. Поэтому для сохранения неизменной перегрузочной способности необходимо одновременно с изменением частоты f₁изменять и напряжение U₁, что вытекает из закона изменения момента нагрузки

3)  Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора

Для изменения числа полюсов на статоре в одни и те же пазы можно уложить несколько обмоток, рассчитанных на разное число полюсов.  В зависимости от необходимой частоты вращения включается та или другая обмотка, что снижает использование материалов.

Можно иметь одну обмотку с выводами, позволяющими переключать обмотку на два различных числа пар полюсов. Двигатели с изменением числа пар полюсов называют многоскоростными.

Промышленностью выпускаются двигатели на две, три и четыре скорости. Двухскоростные двигатели изготовляются с одной обмоткой и переключением полюсов P₂ : P₁ = 2:1. Трехскоростные двигатели имеют две обмотки, причем одну – с переключением P₂ : P₁ = 2:1, вторую без переключения. Четырехскоростные двигатели имеют две обмотки с переключением у обеих P₂ : P₁ = 2:1.

4)  Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора

Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором, построенные для различных значений активного сопротивления цепи ротора (см. рис. 10.4) показывают, что с увеличением активного сопротивления ротора возрастает скольжение, соответствующее заданному моменту сопротивления M_c.

Согласно закону движения установившееся значение частоты вращения определяется условием M = M_c, т. е. электромагнитный момент двигателя М должен уравновешиваться направленным ему навстречу моментом нагрузки M_c.

Когда введено все сопротивление, разгон осуществляется по кривой I (см. рис. 10.4), так как M_I > M_c, до условия M_I = M_c. Здесь будет первая установившаяся частота вращения n_уст = n₁ (1–S_I), далее ползунок реостата переводим в положение II. То есть регулирование скольжением осуществляется с помощью реостата ПР в цепи ротора по схеме реостатного пуска, но только реостат должен быть рассчитан на длительную работу. Во втором положении ползунка реостата выводится часть сопротивлений и осуществляется переход на характеристику II, разгон продолжается до условия M_I = M_c, тогда

5) . Регулирование частоты вращения нарушением симметрии подводимого напряжения

При нарушении симметрии, подводимой к двигателю трехфазной системы напряжения, вращающееся магнитное поле приобретает обратную составляющую (встречное поле), которая создает момент M_обр, направленный встречно прямому вращающемуся M_пр. В итоге результирующий электромагнитный момент двигателя уменьшается (M = M_пр–M_обр).